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(Bildnachweis: Air Force Research Laboratory (AFRL))

LONDON – Japan ist auf dem besten Weg, nächstes Jahr Sonnenenergie aus dem Weltraum auf die Erde zu strahlen, zwei Jahre nachdem ein ähnliches Kunststück amerikanischen Ingenieuren gelungen ist. Die Entwicklung ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem möglichen weltraumgestützten Solarkraftwerk, das dazu beitragen könnte, die Welt vor dem Hintergrund des sich verschärfenden Kampfes gegen den Klimawandel von fossilen Brennstoffen zu entwöhnen.

Koichi Ijichi, ein Berater des japanischen Forschungsinstituts Japan Space Systems, erläuterte auf der Internationalen Konferenz über Energie aus dem Weltraum, die diese Woche hier stattfand, den japanischen Fahrplan für eine orbitale Demonstration eines Miniatur-Solarkraftwerks, das drahtlos Energie aus der niedrigen Erdumlaufbahn zur Erde übertragen soll.

„Es wird ein kleiner Satellit mit einem Gewicht von etwa 180 Kilogramm sein, der aus einer Höhe von 400 Kilometern [250 Meilen] etwa 1 Kilowatt Leistung übertragen wird“, sagte Ijichi auf der Konferenz.

Ein Kilowatt ist ungefähr die Energiemenge, die benötigt wird, um ein Haushaltsgerät, z. B. eine kleine Spülmaschine, je nach Größe etwa eine Stunde lang zu betreiben. Daher ist die Demonstration bei weitem nicht so groß, wie es für eine kommerzielle Nutzung erforderlich wäre.

Das Raumfahrzeug wird ein 2 Quadratmeter großes Photovoltaik-Panel an Bord nutzen, um eine Batterie zu laden. Die gesammelte Energie wird dann in Mikrowellen umgewandelt und an eine Empfangsantenne auf der Erde gesendet. Da das Raumfahrzeug sehr schnell fliegt – etwa 28.000 km/h – müssen die Antennenelemente über eine Entfernung von etwa 40 km (25 Meilen) verteilt werden, mit einem Abstand von 5 km (3 Meilen), damit genügend Energie übertragen werden kann.

„Die Übertragung dauert nur ein paar Minuten“, sagte Ijichi. „Aber wenn die Batterie leer ist, wird es mehrere Tage dauern, sie wieder aufzuladen.

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Die Mission, die Teil eines Projekts namens OHISAMA (japanisch für „Sonne“) ist, soll 2025 starten. Die Forscher haben bereits die drahtlose Übertragung von Solarenergie am Boden von einer stationären Quelle aus demonstriert, und sie planen, im Dezember eine Übertragung von einem Flugzeug aus durchzuführen. Das Flugzeug wird mit einem identischen Photovoltaik-Panel ausgestattet sein, das auch auf dem Raumfahrzeug mitfliegen wird, und wird Strom über eine Entfernung von 5 bis 7 km (3 bis 4 Meilen) übertragen, so Ijichi.

Vom Konzept zur Realität

Solarstromerzeugung im Weltraum, erstmals 1968 vom ehemaligen Apollo-Ingenieur beschrieben

Peter Glaser beschrieben wurde, wurde als Science-Fiction betrachtet. Obwohl die Technologie theoretisch machbar ist, wurde sie als unpraktisch und zu kostspielig angesehen, da sie enorme Strukturen erfordert, die in der Umlaufbahn aufgebaut werden müssen, um die erforderliche Leistung zu erzeugen.

Nach Ansicht der Experten, die auf der Konferenz sprachen, hat sich diese Situation aufgrund der jüngsten technologischen Fortschritte und der Dringlichkeit, die Energieversorgung der Welt zu dekarbonisieren, um den Klimawandel aufzuhalten, geändert.

Im Gegensatz zu den meisten auf der Erde genutzten Technologien zur Erzeugung erneuerbarer Energie, einschließlich Sonnen- und Windenergie, könnte die weltraumgestützte Solarenergie ständig zur Verfügung stehen, da sie nicht vom Wetter und der Tageszeit abhängig wäre. Derzeit werden Kernkraftwerke oder Gas- und Kohlekraftwerke eingesetzt, um den Bedarf zu decken, wenn der Wind nicht mehr weht oder nach Sonnenuntergang. Durch technische Verbesserungen könnte das Problem in Zukunft teilweise gelöst werden. Aber es fehlen noch einige Puzzleteile, um bis Mitte dieses Jahrhunderts eine nahtlose kohlenstoffneutrale Stromversorgung zu gewährleisten, wie es in den internationalen Klimaschutzabkommen vorgesehen ist.

Entwicklungen in der Robotertechnologie, Verbesserungen in der Effizienz der drahtlosen Energieübertragung und vor allem die Ankunft der Riesenrakete Starship von SpaceX könnten die weltraumgestützte Solarenergie zur Realität werden lassen, so die Experten auf der Konferenz.

Im vergangenen Jahr hat ein von Caltech-Ingenieuren im Rahmen der Space Solar Power Demonstrator-Mission gebauter Satellit zum ersten Mal Sonnenenergie aus dem Weltraum ausgestrahlt. Die Mission, die im Januar zu Ende ging, wurde als wichtiger Meilenstein gefeiert.

Viele weitere weltraumgestützte Solarenergie-Demonstrationsprojekte sind in Vorbereitung. Die Technologie wird von Raumfahrt- und Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt untersucht, darunter die Europäische Weltraumorganisation, die Defense Advanced Research Projects Agency und die U.S. Air Force. Kommerzielle Unternehmen und Start-ups entwickeln ebenfalls Konzepte und machen sich die Verfügbarkeit von Starship und die Entwicklung fortschrittlicher Weltraumrobotik zunutze.

Allerdings ist nicht jeder vom Potenzial der weltraumgestützten Solarenergie begeistert. Im Januar veröffentlichte die NASA einen Bericht, in dem die Machbarkeit dieser Technologie in Frage gestellt wird. Die Schwierigkeit und die Menge an Energie, die für den Bau, den Start und die Montage von orbitalen Kraftwerken erforderlich sind, bedeuten, dass die Energie, die sie produzieren, zu teuer wäre – 61 Cent pro Kilowattstunde, verglichen mit nur 5 Cent pro Kilowattstunde für erdgebundene Solar- oder Windenergie.

Darüber hinaus ist die weltraumgestützte Solarenergie aufgrund des gesamten Kohlenstoff-Fußabdrucks der Stromerzeugung und der Treibhausgasemissionen, die durch die Raketen erzeugt werden, die diese Anlagen in die Umlaufbahn bringen, weit weniger klimafreundlich als Technologien, die auf der Erde eingesetzt werden. Ein weltraumgestütztes Solarkraftwerk im Gigawattbereich, wie das von der britischen Firma Space Solar vorgeschlagene CASSIOPeiA-Konzept, würde 68 Raumschiffe benötigen, um ins All zu gelangen.